A genetic toolkit for stable transgenesis in the anaerobic gut parasite Blastocystis ST7-B

人間の腸内を、何兆もの小さな店借人が暮らす、活気にあふれ混雑した都市であると想像してみてください。これらの店借人のほとんどは細菌ですが、中には単細胞真核生物、つまり、管理室（核）を備えた小さな工場のような複雑な内部構造を持つ生物もいます。この都市の最も一般的な住民の一人が、ブラストシスティス（Blastocystis）と呼ばれる寄生虫です。長い間、科学者たちはこの都市の謎を解こうとする探偵のような存在でしたが、店借人のアパートの中に入って彼らがどのように機能しているかを見ることができなかったため、行き詰まっていました。科学の世界では、「トランスジェネシス（形質転換）」とは、これらの小さな店借人に新しい一連の指示（遺伝子）を与えて、何が起こるかを見るようなものです。通常、科学者はこれを行うために「遺伝子ツールキット」を使用しますが、ブラストシスティスの場合は、その扉が固く閉ざされていました。大きな疑問は、「どのようにしてこれらの特定の指示を中に取り込み、確実に店借人に保持させ、かつ店借人を死滅させることなく、その働きを見守るのか？」ということでした。

この論文は、ついにその鍵を開ける方法についてのものです。研究者たちは、ST7-Bとして知られるバージョンのブラストシスティス専用の、新しい「遺伝子ツールキット」を構築しました。このツールキットは、科学者がこれらの寄生虫に新しい遺伝子を落とし込み、それを保持することをようやく可能にするマスターキーのようなものです。彼らはただ推測でこれを行ったのではなく、新しい遺伝子を制御するための最適な「オン・スイッチ」（プロモーター）と「オフ・スイッチ」（ターミネーター）を見つけ出すために、寄生虫自身の機構の異なる部分をテストしました。彼らは、これらのスイッチをテストするために、NanoLucという非常に明るい小さな光を使用し、それらを「暗すぎて見えない」「弱い」「中程度」「強力」の4つのカテゴリーに分類しました。

遺伝子を中に入れるために、彼らは寄生虫を（電気穿孔法によって）電気で撃つ際、寄生虫を焼き尽くすことなく、完璧な方法を見つけなければなりませんでした。彼らは、電気がドアを開けるのに十分強く、かつ寄生虫を生かし続けるのに十分優しい「スイートスポット」を見つけ出しました。一度中に入ったら、新しい遺伝子を受け入れた寄生虫だけが生き残るようにする方法を見つける必要がありました。彼らは異なる「セキュリティガード」（抗生物質）をテストし、招かれざる客を排除しながら、改変された個体を留めておくのに、ピューロマイシンとトリメトプリムが最適であることを発見しました。

研究者たちは、これら新しく改変された寄生虫を育てるための、3段階の組み立てラインを作成しました。まず、液体スープの中で成長させ、次に、固体表面に移動させて明確なコロニー（成長の小さな島のようなもの）を形成させ、最後に、これらのコロニーを再び液体培養へと拡大させました。最も素晴らしい点は、これらのコロニーを凍結、解凍し、後で再び蘇らせることができ、その際も新しい遺伝子と抗生物質への耐性を保持し続けていることを示した点です。

最後に、彼らはP2Aと呼ばれる特別なペプチドを用いた、「ビシストロニック・コンストラクト」という巧妙なトリックを試みました。これは「2-in-1のチケット」のようなものです。もし寄生虫がそのチケットを受け入れれば、セキュリティ・クリアランス（抗生物質耐性）と、特別な光るバッジ（UnaG、smURFP、またはSNAP-tagのようなレポータータンパク質）の両方を得ることができます。研究の結果、これらのバッジがどれほどよく光るかは、特定のバッジの種類と、その寄生虫が輝くための適切な成分を持っているかどうかに依存することが分かりました。このツールキットは単にドアを開けるだけでなく、科学者たちがこれまで不可能であった方法で、これらの寄生虫をラボに招き入れ、改変し、研究するための信頼できる方法を提供するのです。